Afirmado ensayos

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OFICINA DE APOYO TECNOLOGICO

Ensayos de Laboratorio necesarios para el Control de Calidad de

Pavimentos Afirmados

Ing. Ezequiel Rivas Durán

Subdirector de Investigación y Riesgos Tecnológicos

Diciembre 05 del 2006

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Ensayos de Laboratorio necesarios para el

Control de Calidad de Pavimentos Afirmados

2. Conceptos Básicos

Normas Técnicas:

9 Documentos de aplicación voluntaria

9 Elaborada por el consenso de las partes interesadas (fabricantes, consumidores, gobierno, universidades, etc.).

9 Establecen las especificaciones de calidad de los productos, procesos y servicios.

9 Aprobada por un organismo de normalización reconocido.

9 Se basan en el resultado de la experiencia y el desarrollo tecnológico.

9 Existen también normas técnicas sobre terminología, métodos de ensayo, muest r e o , envase y rotulado que se complementan entre sí.

9 Está disponible al público.

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Reglamentos Técnicos:

Son documentos que establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción relacionados con ella, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables y cuya observancia es obligatoria.

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Diferencia entre Reglamento Técnico y Norma:

Las normas son de naturaleza voluntaria y los reglamentos técnicos utilizan a las normas como base para imponer las características que debe tener el producto.

Las reglamentaciones técnicas son responsabilidad únicamente del Gobierno, mientras que las normas pueden ser desarrolladas por diversos organismos tanto del sector público como del sector privado.

Las normas sólo especifican las características del producto o los requisitos técnicos que los productos o procesos tienen que cumplir, mientras que los reglamentos técnicos establecen las características del producto, así como los procedimientos involucrados, como por ejemplo: ensayos, certificación, inspección, aprobaciones y sanciones.

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3. Normas y Reglamentos del MTC

Manual de Ensayo de Materiales para Carreteras (EM - 2000)

El Manual de Ensayo de Materiales para Obras Viales EM-2000, contiene normas de ensayo, elaboradas en base a la normatividad y exigencias establecidas por las Instituciones Técnicas reconocidas Internacionalmente como AASHTO, ASTM, Instituto del Asfalto, ACI, etc, contrastadas con las condiciones propias y particulares de nuestro país.

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Manual de Ensayo de Materiales para Carreteras (EM - 2000)

Un aspecto que revierte importancia es el relacionado a la competencia técnica de los laboratorios viales, establecidos en la NORMA GENERAL MTC E 001 2000, que regula las condiciones que deben poseer los Técnicos en laboratorio así como los equipos para la ejecución de los ensayos, y la presentación de informes en los proyectos contratados por el MTC. En ella se establecen:

- Calificación de los Técnicos de Laboratorio

- Equipo de Laboratorio

- Presentación de Informes

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Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000)

Tamiz mmPorcentaje que pasa

La sección 302, establecelos requisitos que deben cumplir los materiales para afirmado.

Gradación:

50 (2”)

37.5 (1.5”)

25 (1”)

19 (3/4”)

A-1

100

100

90 – 100

65 – 100

A-2

-.-

-.-

100

80 – 100

9.5 (3/8”) 45 – 80 65 – 100

4.75 (N° 4) 30 – 65 50 – 85

2.0 (N° 10) 22 – 52 33 – 67

0.425 (N° 40) 15 – 35 20 – 45

0.075 (N° 200) 5 – 20 5 – 20

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Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad:

Desgaste Los Angeles : 50% máx.

Límite Líquido : 35% máx.

Indice de Plasticidad : 4 - 9

CBR (100% MDS, 0.1”) : 40% mín.

Equivalente de Arena : 20% mín.

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Control de compactación:

Tramos aprobados sobre la base de un mínimo de seis (6) determinaciones de densidad.

Las densidades individuales deben ser mayor o igual que el cien por ciento(100%) de la obtenida en el ensayo Próctor modificado de referencia (Di > % De).

La humedad de trabajo no debe variar en ± 2.0 % respecto del Optimo Contenido de Humedad obtenido con el Próctor modificado.

Si es necesario, efectuar correcciones por presencia de partículas gruesas, previamente al cálculo de los porcentajes de compactación.

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Manual para el Diseño de Caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de Tránsito

Identifica cinco categorías de subrasante:

S0 : SUBRASANTE MUY POBRE

CBR < 3%

S1 : SUBRASANTE POBRE

CBR = 3% - 5%

S2 : SUBRASANTE REGULAR

CBR = 6 - 10%

S3 : SUBRASANTE BUENA

CBR = 11 - 19%

S4 : SUBRASANTE MUY BUENA

CBR > 20%

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De acuerdo al IP, define las siguientes características de un suelo:

Índice de Plasticidad

Característica

IP > 20 Suelos muy arcillosos

20 > IP > 10 Suelos arcillosos

10 > IP > 4 Suelos poco arcillosos

IP = 0 Suelos exentos de arcillaEl suelo es plástico y arcilloso

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De acuerdo al valor de IG, clasifica al suelo de subrasante como:

Indice de Grupo

Suelo de Subrasante

IG > 9 Muy Pobre

IG está entre 4 a 9

Pobre

IG está entre 2 a 4

Regular

IG está entre 1 – 2

Bueno

IG está entre 0 – 1

Muy Bueno

Es

pe

so

r d

e C

ap

a d

e G

rav

a o

Afi

rma

do

(m

m)

20,0

00

60,0

00

100,0

00

140,0

00

180,0

00

220,0

00

260,0

00

300,0

00

340,0

00

380,0

00

420,0

00

460,0

00

500,0

00

540,0

00

580,0

00

620,0

00

660,0

00

700,0

00

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Para diseño, el CBR está referido al 95% de la MDS

700

DET ERMINACION DE ESPESOR DE CAPA DE REVEST IMIENT O GRANULAR

S0600

500

400

300

200

100

0

Nº Repeticiones de EE 8.2 t

S1

S 0 : C B R < 3 %

S2 S 1 : C B R 3 - 5 %

S 2 : C B R 6 - 1 0 %

S 3 : C B R 1 1 - 1 9 %

S3 S 4 : C B R > 2 0 %

S4

ESTADO DEL CAMINOSUPERFICIE DE RODADURA IRI CRITERIOS Y CONDICIONES DEL CAMINO

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Manual de Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Caminos deBajo Volumen de Tránsito (EG-CBT-2005)

La sección 03B Control de calidad de insumos y materiales, en el numeral 03B.02 Certificación de Calidad, establece

“El contratista presentará certificados de calidad emitidos por organismos nacionales oficiales de control de calidad en forma obligatoria”

La especificación para materiales de afirmado, establecido en las EG- CBT-2005, coincide con los requisitos establecidos en el Manual para el Diseño de Caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de Tránsito

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Funciones de la supervisión en obras de infraestructura vial

La Directiva N° 005-2005-MTC/14 de Funciones de la supervisión en obras de infraestructura vial, aprobado con RD N° 058-2005-MTC/14 del 27.07.05, establece obligaciones generales y específicas del Inspector o Supervisor de Obra.

Los funcionarios y servidores del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Inspectores y/o Supervisores de Obra (por Contrata o Ejecución Presupuestaria Directa), están obligados a cumplir con la Directiva.

Regula aspectos relacionados con Equipos de Laboratorio de Suelos, Pavimentos, Concreto y Evaluación de Pavimentos; Especificaciones Técnicas del Expediente Técnico, Normas y Manuales Técnicos; y la ejecución de Pru e b a s de Control de Calidad en Materiales y Ensayos de Laboratorio.

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elControl de Calidad de Pavimentos Afirmados

4. Ensayos

Las propiedades del suelo y macizos rocosos se establecen a partir de los resultados de los ensayos de reconocimiento de campo y ensayos de laboratorio. Para ello, es preciso contar con:

1. Personal competente: ingenieros civiles, geólogos, químicos, debidamente colegiados y analistas expertos en las diversas áreas de ensayo: suelos, concreto, asfalto, etc.

2. Empresas u organizaciones encargadas de la realización de los trabajos, que tengan infraestructura apropiada.

3. Laboratorio de ensayo con acreditación oficial, para que los resultados tengan valor oficial.

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para elControl de Calidad de Pavimentos Afirmados

4. Ensayos

Ensayos para el reconocimiento del terreno

Para tener éxito en el reconocimiento de un terreno, se debe tener una correcta definición de las prospecciones y ensayos tanto “in situ” como en laboratorio.

Por su carácter de obra lineal extensa, las carreteras requieren en general de exploraciones que alcancen profundidades superficiales, con un amplio espaciamiento.

Las condiciones geológicas, son las que definen si es necesario un programa exploratorio muy detallado, como por ejemplo en zonas inestables.



4. Ensayos

Ensayos para el reconocimiento del terreno

Calicatas

Excavaciones que permiten la observación del terreno hasta profundidades máximas de hasta 3 ó 4 metros.

Además de observaciones de tipo litológico, se pueden obtener datos sobre la compacidad del material, la estabilidad de las paredes de la excavación, nivel freático, etc.

También permiten la ejecución de algunos ensayos in situ a diferentes cotas, como el penetrómetro dinámico de cono.



4. Ensayos

Ensayos de laboratorio

Al igual que en el caso de los ensayos “in situ”, existe una gran variedad de ensayo de laboratorio disponibles, dependiendo de las características del terreno.

Los ensayos más usuales son los de identificación, de resistencia y de deformabilidad.

La toma de muestras debe ser lo más representativa posible de la realidad a analizar y durante su envío hasta el laboratorio, se cuidará de que las muestras no sufran deterioros o mezclas de las mismas, que nos puedan inducir errores en los resultados obtenidos.



4. Ensayos

Ensayos de identificación de suelos

Análisis granulométrico por tamizado y sedimentación

Este ensayo tiene por objeto determinar los diferentes tamaños de las partículas de un suelo y obtener la cantidad, expresada en tanto por ciento de éstas, que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, desde el tamiz de 2” hasta el tamiz N° 200.

Cuando se quiera conocer la distribución de tamaños de las partículas inferiores a dicho tamiz (Nº 200), se debe completar este procedimiento con el de sedimentación.



4. Ensayos


Determinación de los Límites de Atterberg

Es junto con la granulometría uno de los ensayos más comunes, debido a la información que se obtiene del mismo y la posibilidad de clasificar un suelo a partir de los datos obtenidos.

El contenido de agua o humedad límite al que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro. El método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, se denominan límites de Atterberg (LL, LP, IP, LC).



4. Ensayos


Contenido en humedad.

Es junto con el contenido de vacíos, una de las características fundamentales para explicar el comportamiento del suelo (especialmente en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica.

El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, la relación (%) entre el peso agua / partículas sólidas.

Otros métodos para determinar el contenido de humedad: método del alcohol metílico, método del Speedy, y método nuclear.



4. Ensayos


Densidad de un suelo

Existen diferentes normas para determinar las diferentes densidades de un suelo, dependiendo el uso que se le vaya a dar a las mismas. Así podemos distinguir entre densidad aparente, densidad seca, densidad relativa, densidad máxima y densidad mínima de suelos granulares.



4. Ensayos


Ensayo de Colapsabilidad

La colapsabilidad es la tendencia que puede tener un terreno a reducir su volumen de forma rápida (colapso).

Este fenómeno sucede en determinados tipos de suelos, como son los de granulometría tipo limo y los que pueden perder parte de sus componentes por lavado de finos (rellenos) o por disolución (yesos).

El ensayo reproduce el efecto de una saturación súbita del terreno cuando está sometido a una carga de magnitud prefijada.

Se estudia en suelos naturales poco consolidados, rellenos y terrenos con alto contenido de limos.



4. Ensayos

Ensayos de expansividad

La expansividad es una característica de determinados tipos de arcillas, que se manifiesta con cambios de volumen al modificarse las condiciones de humedad del terreno.

Los cambios de volumen pueden afectar de manera muy negativa a las estructuras de pavimento, si estas no han sido diseñadas para “absorber” estas deformaciones del terreno o quedar al margen de sus efectos.



4. Ensayos

Ensayos químicos

Ensayos destinados a determinar la agresividad del terreno con las estructuras proyectadas en el mismo, especialmente a las estructuras de hormigón, como suelen ser las obras de drenaje.

Contenido en materia orgánica

Contenido en sulfatos solubles en suelos

Acidez del suelo



4. Ensayos

Ensayos de resistencia

E n sayo corte directo

Con este ensayo se obtienen dos parámetros del suelo, la cohesión y ángulo de fricción interna.

Se usa el aparato de corte directo, que consiste en una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades.

Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (esfuerzo normal) y luego una carga horizontal (esfuerzo cortante) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.



4. Ensayos


Ensayo compresión no confinada (CNC)

Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (c), por la expresión:

c = qu / 2 ( kgs/cm2 )

Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y económico. Consiste en un ensayo uniaxial, en donde la probeta no tiene soporte lateral.



4. Ensayos


E n sayo triax i al

Es un ensayo que se emplea para determinar los principales parámetros resistentes de un suelo, es decir, delimitar los estados de tensiones principales posibles de los no posibles.

El umbral que separa ambos estados es una recta que viene definnida por el ángulo de rozamiento interno del suelo (φ’) y la cohesión (C).

Existen diferentes tipos de ensayos triaxiales que a continuación se describirá brevemente:



4. Ensayos


E n sayo Próctor

El ensayo Próctor es un ensayo de compactación de suelo que tiene como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un suelo para una determinada energía de compactación.

La humedad óptima de compactación es aquella humedad (%de agua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es decir la cantidad de agua que hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar al máximo con una energía concreta.

Existen dos tipos de ensayo próctor. La realización de un tipo u otro deberá estar de acorde con el material y el equipo de compactación que se utilizará en obra.



4. Ensayos


Determinación de la capacidad de sopo r te CBR del suelo

El ensayo CBR mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra de suelo, compactada según su próctor, formada por tres probetas (generalmente compactada a 15, 30 y 60 golpes/capa), después de haberla sumergido en agua durante cuatro días y de haber medido su hinchamiento.

El hecho de sumergir la muestra se debe a que así podemos prever la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción.



4. Ensayos

Control de compactación

Determinación de la densidad “in situ”

Método del cono de arena: Es un método en desuso, pero que debe utilizarse como calibración de otros métodos. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por arena silícea normalizada.

Método con densímetro nuclear: La determinación de la densidad y humedad a través de este método, está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir.

Clasificación general

Materiales Granulares Gruesos(35% o menos del total pasa el tamiz No. 200)

Materiales limo-arcillosos(más del 35% del total pasa el tamiz No.

200)

Clasificación de grupo

A - 1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7

A-1-a A-1-b

51 min10 máx

A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5 A-7-6

Porcentaje del material que pasa el tamiz No. 10No. 40No. 200

50 máx30 máx 50 máx15 máx 25 máx

35 máx 35 máx 35 máx 35 máx 36 min 36 min 36 min 36 min

Característicasde la fracción que pasael tamiz No. 40Límite liquido, W LÍndice Plástico, Ip

6 máx NP40 máx10 máx

41 min10 máx

40 máx11 min

41 min11min

40 máx10 máx

41 min10 máx

40 máx11 min

41 min11 min

Índice de Grupo b

0 0 0 4 máx 6 máx 12 máx

FACTORES DE FORMA

Factores de capacidad de cargaNc, Nq y Ny

Nc = 8.02Nq = 1.94Ny = 0.24

Angulo de Fricción Interna = 10.8Cohesión c = 0.167 kg/cm2Altura de excavación H = 1.50 m.Dimensión lateral B = 1.00 m.Peso Especifico .gr/cc 2.24 = ال

Datos para calcular la capacidad admisible y/o q última

Por lo tanto tenemos diferentes fórmulas para cada zapatas

Q ultimo = 1.3C.Nc + q.Nq + 0.4. γ.B.Ny

Q ultimo = 1.3*0.67*8.02 + (1*2.24)*1.94 + 0.4*2.24*1.5*0.24

REMPLAZANDO LOS DATOS AL A FORMULAQ último = 3.14 Kg/cm2

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